JP3220896B2 - Injection locked oscillator - Google Patents

Injection locked oscillator

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JP3220896B2
JP3220896B2 JP34998595A JP34998595A JP3220896B2 JP 3220896 B2 JP3220896 B2 JP 3220896B2 JP 34998595 A JP34998595 A JP 34998595A JP 34998595 A JP34998595 A JP 34998595A JP 3220896 B2 JP3220896 B2 JP 3220896B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯およ
びミリ波帯注入同期発振器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave and millimeter wave injection locked oscillator.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は従来のサーキュレータを用いた注
入同期発振器の例である。サーキュレータ100の一端
子102に発振回路104を接続し、サーキュレータ端
子103より発振出力を取り出す構成の発振器におい
て、第1番目のサーキュレータ端子101に外部強制信
号を入力して注入同期を行なうものである。矢印はサー
キュレータの信号伝達方向を示し、この方向性(非可逆
性)によって端子間を分離している。発振回路には、導
波管短絡面からある距離に負性抵抗ダイオードを配置し
て共振させる構造や、ストリップ導体を共振に用いる構
造などがある。
2. Description of the Related Art FIG. 8 shows an example of an injection locked oscillator using a conventional circulator. In an oscillator having a configuration in which an oscillation circuit 104 is connected to one terminal 102 of the circulator 100 and an oscillation output is taken out from a circulator terminal 103, an external forcing signal is input to a first circulator terminal 101 to perform injection synchronization. The arrow indicates the signal transmission direction of the circulator, and the direction (irreversibility) separates the terminals. Oscillation circuits include a structure in which a negative resistance diode is disposed at a certain distance from the waveguide short-circuit surface to cause resonance, and a structure in which a strip conductor is used for resonance.

【0003】図9は方向性結合器と増幅器を組み合わせ
た注入同期発振器の例であり、方向性結合器110の端
子111から信号が注入され、通過端子112とアイソ
レーション端子113との間に増幅器115を接続して
いる。ここで、方向性結合器の端子113と端子112
は増幅器から見て結合端子であり、増幅器115の入出
力間に帰還回路を形成し、112−115−113−1
12のループの位相回りが2πの整数倍で1以上の利得
を有するとき発振を生じる。この発振器に端子111を
介して注入信号が入力されると、発振周波数が注入信号
に同期し、発振出力は端子114から取り出される。
FIG. 9 shows an example of an injection-locked oscillator in which a directional coupler and an amplifier are combined. A signal is injected from a terminal 111 of a directional coupler 110 and an amplifier is provided between a passing terminal 112 and an isolation terminal 113. 115 are connected. Here, the terminals 113 and 112 of the directional coupler
Is a coupling terminal as viewed from the amplifier, and forms a feedback circuit between the input and output of the amplifier 115;
Oscillation occurs when the phase around the 12 loops is an integral multiple of 2π and has a gain of 1 or more. When an injection signal is input to this oscillator via the terminal 111, the oscillation frequency is synchronized with the injection signal, and the oscillation output is taken out from the terminal 114.

【0004】しかし、図8および図9の注入同期発振器
は、注入信号と発振信号を分離するために非可逆性のサ
ーキュレータや方向性結合器を使用するため、フェライ
トディスクの直径・厚みあるいは1/4波長線路に起因
する動作周波数帯域制限が存在した。その帯域は中心周
波数の10%ないし50%程度である。従って、サブハ
ーモニック周波数(発振周波数f0 の1/n:n=2、
3、4・・・)の注入信号には同期できなかった。ま
た、フェライト素子を使用するためIC化が困難であっ
た。さらに、発振器ループと注入信号端子または発振出
力端子とが電気的に分離されていないため、注入同期発
振器に接続される外部回路の影響があった。一方、サブ
ハーモニック注入同期を行なう従来例では、フィルタ機
能を有する回路構成によって注入信号経路と発振周波数
経路とを電気的に分離せざるを得なかったので、サブハ
ーモニック係数1/nが限定されると同時に基本波(n
=1)への同期ができなかった。
However, the injection-locked oscillator shown in FIGS. 8 and 9 uses a non-reciprocal circulator or directional coupler to separate the injection signal and the oscillation signal. There was an operating frequency band limitation due to the four wavelength line. The band is about 10% to 50% of the center frequency. Therefore, the subharmonic frequency (1 / n of the oscillation frequency f 0 : n = 2,
3, 4...) Could not be synchronized. Further, since a ferrite element is used, it is difficult to make an IC. Further, since the oscillator loop and the injection signal terminal or the oscillation output terminal are not electrically separated, there is an influence of an external circuit connected to the injection locked oscillator. On the other hand, in the conventional example in which the subharmonic injection locking is performed, the injection signal path and the oscillation frequency path have to be electrically separated by a circuit configuration having a filter function, so that the subharmonic coefficient 1 / n is limited. At the same time, the fundamental wave (n
= 1) could not be synchronized.

【0005】図10は上記の諸問題を解決する、非可逆
4端子回路を用いた注入同期発振器(IEEE Int
ernational Microwave Symp
osium Digest 1994,pp.13−1
6)である。端子121または端子121より入力した
信号は端子123および124にのみ分配され、端子1
21−123間および端子122−124間には信号の
伝達はない非可逆4端子回路120において、端子12
3と端子122間に増幅器125を接続している。ここ
で、端子122と端子123は増幅器125から見て結
合端子であり、増幅器125の入出力間に帰還回路を形
成し、122−125−123−122のループの位相
回りが2πの整数倍で1以上の利得を有するとき発振を
生じる。この発振器に端子121を介して注入信号が入
力されると、発振周波数が注入信号に同期し、発振出力
は端子124から取り出される。また、ここでトランジ
スタで形成した非可逆4端子回路120は、トランジス
タの広帯域性によってn=1の基本波およびn=2、
3、4・・・のサブハーモニックに対して4端子回路の
動作が保持されるため、サブハーモニック係数1/nの
値を自由に設定可能となり、かつサブハーモニック係数
1/nの小さいサブハーモニックを注入した場合でも注
入同期発振する。
FIG. 10 shows an injection-locked oscillator (IEEE Int) using a nonreciprocal four-terminal circuit to solve the above problems.
international Microwave Symp
Osium Digest 1994, pp. 13-1
6). Terminal 121 or the signal input from terminal 121 is distributed only to terminals 123 and 124,
In the non-reciprocal four-terminal circuit 120 in which no signal is transmitted between 21-123 and between terminals 122-124, the terminal 12
An amplifier 125 is connected between the terminal 3 and the terminal 122. Here, the terminal 122 and the terminal 123 are coupling terminals as viewed from the amplifier 125, and form a feedback circuit between the input and output of the amplifier 125. The phase rotation of the loop of 122-125-123-122 is an integral multiple of 2π. Oscillation occurs when having more than one gain. When an injection signal is input to this oscillator via the terminal 121, the oscillation frequency is synchronized with the injection signal, and the oscillation output is taken out from the terminal 124. The nonreciprocal four-terminal circuit 120 formed of transistors here has a fundamental wave of n = 1 and n = 2,
Since the operation of the four-terminal circuit is maintained for the sub-harmonics of 3, 4,..., The value of the sub-harmonic coefficient 1 / n can be set freely, and the sub-harmonic with a small sub-harmonic coefficient 1 / n can be set. Even when injection is performed, injection-locked oscillation occurs.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】一般に、注入同期発振
器の周波数引込範囲Δfは、次式で与えられる。
Generally, the frequency pull-in range Δf of the injection locked oscillator is given by the following equation.

【数1】 (Equation 1)

【0007】ここで、f0 は発振器の自由発振周波数、
eff は発振器の外部Q、P0 は発振器の出力、Pi
外部からの注入信号電力である。上式より、Qeff を小
さくするほど、あるいは、Pi を大きくするほど周波数
引込範囲が広くなる。しかし、小さい入力で広い周波数
引込範囲を実現することは困難である。
Where f 0 is the free oscillation frequency of the oscillator,
Q eff external Q, P 0 of the oscillator output of the oscillator, P i is the injected signal power from the outside. From the above equation, the smaller the Q eff, or, frequency pull-in range is wider Higher P i. However, it is difficult to realize a wide frequency pull-in range with a small input.

【0008】また、サブハーモニック注入同期可能な図
10の回路についても、n=1の基本波を注入した場合
の周波数引込範囲Δf1とサブハーモニックを注入した
場合の周波数引込範囲Δfn には、次式のような経験的
な関係がある。
Also, in the circuit shown in FIG. 10 capable of sub-harmonic injection locking, the frequency pull-in range Δf1 when the n = 1 fundamental wave is injected and the frequency pull-in range Δf n when the sub-harmonic is injected are as follows. There is an empirical relationship like a ceremony.

【数2】 (Equation 2)

【0009】ここで、1/nはサブハーモニック係数で
ある。上式より、サブハーモニック係数1/nが大きく
なるとその周波数引込範囲は小さくなる。例えば、n=
1の基本波を注入した場合の周波数引込範囲が500M
Hzである場合、n=4のサブハーモニックの引込範囲
は82MHz、n=8のサブハーモニックの引込範囲は
33MHzと狭くなり、実用的でなくなる。また、注入
同期発振器を逓倍器として動作させる場合においても非
常に狭帯域な回路となってしまう。
Here, 1 / n is a subharmonic coefficient. From the above equation, as the subharmonic coefficient 1 / n increases, the frequency pull-in range decreases. For example, n =
The frequency pull-in range is 500M when one fundamental wave is injected
In the case of Hz, the pull-in range of the sub-harmonic with n = 4 becomes 82 MHz, and the pull-in range of the sub-harmonic with n = 8 becomes 33 MHz, which is not practical. Further, even when the injection-locked oscillator is operated as a multiplier, a very narrow band circuit results.

【0010】本発明は従来技術の上記欠点を改善するも
ので、小さな注入信号の場合およびサブハーモニック係
数nの大きい注入信号を入力する場合でも広い周波数引
込範囲を可能とする注入同期発振器を提供することにあ
る。
The present invention improves the above-mentioned drawbacks of the prior art, and provides an injection-locked oscillator which enables a wide frequency pull-in range even when an injection signal having a small sub-harmonic coefficient n is input. It is in.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、第1、第2および第3の端子を有
し、第1の端子から第2の端子および第2の端子から第
3の端子への信号伝達が非可逆なサーキュレータと、前
記第2の端子に前記サーキュレータの動作周波数帯域の
少なくとも一部の帯域で動作する発振素子と可変移相器
からなる発振器が接続され、前記第1の端子から注入信
号を入力し、第3の端子から発振出力を得る注入同期発
振器にある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, a feature of the present invention is to have first, second, and third terminals, and a first terminal, a second terminal, and a second terminal. A circulator whose signal transmission from the first terminal to the third terminal is irreversible, and an oscillator composed of an oscillating element operating in at least a part of an operating frequency band of the circulator and a variable phase shifter is connected to the second terminal. , An injection locked oscillator that receives an injection signal from the first terminal and obtains an oscillation output from the third terminal.

【0012】また、本発明の別の特徴は、第1、第2、
第3および第4の端子を有し、第1の端子と第3の端子
間および第2の端子と第4の端子間が電気的にアイソレ
ートされた方向性結合器と、前記第2の端子と前記第3
の端子間に前記方向性結合器の動作周波数帯域の少なく
とも一部の帯域で動作する増幅器と可変移相器を有し、
前記第1の端子に注入信号を入力し、前記第4の端子か
ら発振出力を得る注入同期発振器にある。
Further, another feature of the present invention is that the first, second,
A directional coupler having third and fourth terminals, wherein the directional coupler is electrically isolated between the first terminal and the third terminal and between the second terminal and the fourth terminal; Terminal and the third
An amplifier and a variable phase shifter that operate in at least a part of the operating frequency band of the directional coupler between the terminals,
An injection locked oscillator is provided in which an injection signal is input to the first terminal and an oscillation output is obtained from the fourth terminal.

【0013】本発明の別の特徴は、第1、第2、第3お
よび第4の端子を有し、第1の端子と第3の端子間およ
び第2の端子と第4の端子間が電気的にアイソレートさ
れた方向性結合器と、前記第2の端子と前記第3の端子
間に前記方向性結合器の動作周波数帯域の少なくとも一
部の帯域で動作する90度分配器、可変増幅器と同相合
成回路を有し、前記第1の端子に注入信号を入力し、前
記第4の端子から発振出力を得る注入同期発振器にあ
る。
Another feature of the present invention is that it has first, second, third, and fourth terminals, and between the first terminal and the third terminal and between the second terminal and the fourth terminal. An electrically isolated directional coupler, a 90-degree splitter operating between the second terminal and the third terminal in at least a part of an operating frequency band of the directional coupler; An injection locked oscillator includes an amplifier and an in-phase synthesis circuit, inputs an injection signal to the first terminal, and obtains an oscillation output from the fourth terminal.

【0014】また、本発明の別の特徴は、第1および第
2の入力端子と第1および第2の出力端子を有し、第1
の入力端子から第1の出力端子および第2の出力端子へ
の信号伝達が非可逆であり、第2の入力端子から第1の
出力端子および第2の出力端子への信号伝達が非可逆で
あり、第1の入力端子と第2の入力端子間および第1の
出力端子と第2の出力端子間が電気的にアイソレートさ
れた非可逆4端子回路と、前記第1の出力端子と前記第
2の入力端子間に前記4端子回路の動作周波数帯域の少
なくとも一部の帯域で動作する増幅器と可変移相器を有
し、前記第1の入力端子に注入信号を入力し、前記第2
の出力端子から発振出力を得る注入発振器にある。
Another feature of the present invention is that it has first and second input terminals and first and second output terminals,
The signal transmission from the input terminal to the first output terminal and the second output terminal is irreversible, and the signal transmission from the second input terminal to the first output terminal and the second output terminal is irreversible. A nonreciprocal four-terminal circuit in which a first input terminal and a second input terminal are electrically isolated from each other and a first output terminal and a second output terminal are electrically isolated; An amplifier operating between at least a part of the operating frequency band of the four-terminal circuit and a variable phase shifter between the second input terminals, inputting an injection signal to the first input terminal;
The injection oscillator obtains an oscillation output from the output terminal of the injection oscillator.

【0015】また、本発明の別の特徴は、第1および第
2の入力端子と第1および第2の出力端子を有し、第1
の入力端子から第1の出力端子および第2の出力端子へ
の信号伝達が非可逆であり、第2の入力端子から第1の
出力端子および第2の出力端子への信号伝達が非可逆で
あり、第1の入力端子と第2の入力端子間および第1の
出力端子と第2の出力端子間が電気的にアイソレートさ
れた非可逆4端子回路と、前記第1の出力端子と前記第
2の入力端子間に前記4端子回路の動作周波数帯域の少
なくとも一部の帯域で動作する90度分配器、可変増幅
器と同相合成回路を有し、前記第1の入力端子に注入信
号を入力し、前記第2の出力端子から発振出力を得る注
入同期発振器にある。
Another feature of the present invention is that it has first and second input terminals and first and second output terminals,
The signal transmission from the input terminal to the first output terminal and the second output terminal is irreversible, and the signal transmission from the second input terminal to the first output terminal and the second output terminal is irreversible. A nonreciprocal four-terminal circuit in which a first input terminal and a second input terminal are electrically isolated from each other and a first output terminal and a second output terminal are electrically isolated; A 90-degree distributor operating in at least a part of the operating frequency band of the four-terminal circuit between second input terminals, a variable amplifier and an in-phase synthesis circuit, and an injection signal is input to the first input terminal And an injection locked oscillator for obtaining an oscillation output from the second output terminal.

【0016】また、本発明の別の特徴は、前記非可逆4
端子回路が4個のゲート接地FETを有し、第1のゲー
ト接地FETのソースと第2のゲート接地FETのソー
スとを前記第1の入力端子に接続し、第3のゲート接地
FETのソースと第4のゲート接地FETのソースを前
記第2の入力端子に接続し、第1のゲート接地FETの
ドレインと第3のゲート接地FETのドレインとを前記
第1の出力端子に接続し、第2のゲート接地FETのド
レインと第4のゲート接地FETのドレインとを前記第
2の出力端子に接続した注入同期発振器にある。
Another feature of the present invention is that the irreversible
A terminal circuit having four common-gate FETs, a source of the first common-gate FET and a source of the second common-gate FET connected to the first input terminal, and a source of the third common-gate FET; And a source of the fourth common-gate FET is connected to the second input terminal, a drain of the first common-gate FET and a drain of the third common-gate FET are connected to the first output terminal, In the injection locked oscillator, the drain of the second common-gate FET and the drain of the fourth common-gate FET are connected to the second output terminal.

【0017】以上のように構成することにより、可変移
相器の位相量を変えることにより発振器の位相回りが変
化し、自由発振周波数を変えることができる。従って、
自由発振周波数の変化量をΔf0 とすると、注入同期発
振器の周波数引込範囲Δfは次式のように表せる。
With the above-described configuration, by changing the phase amount of the variable phase shifter, the phase rotation of the oscillator changes, and the free oscillation frequency can be changed. Therefore,
Assuming that the amount of change in the free oscillation frequency is Δf 0 , the frequency pull-in range Δf of the injection locked oscillator can be expressed by the following equation.

【数3】 (Equation 3)

【0018】これより、注入信号のレベルに関係なく周
波数引込範囲は従来の注入同期発振器に比較して自由発
振周波数の可変量と同じだけ広がり、小さな注入信号入
力に対して広い引込範囲を実現することができる。ま
た、サブハーモニック注入も可能な図9に示す従来例に
対しても同様で、前記式(2)で表されるサブハーモニ
ック係数1/nのサブハーモニックを注入した場合の周
波数引込範囲Δfn は、
As a result, the frequency pull-in range is widened by the same amount as the free oscillation frequency as compared with the conventional injection-locked oscillator regardless of the level of the injection signal, and a wide pull-in range is realized for a small input signal input. be able to. The same applies to the conventional example shown in FIG. 9 in which sub-harmonic injection is also possible. When the sub-harmonic with the sub-harmonic coefficient 1 / n represented by the above equation (2) is injected, the frequency pull-in range Δf n is ,

【数4】 となる。すなわち、任意のサブハーモニック係数1/n
で広い周波数引込範囲が実現でき、広帯域な周波数逓倍
器としても動作することができる。
(Equation 4) Becomes That is, an arbitrary subharmonic coefficient 1 / n
, A wide frequency pull-in range can be realized, and the device can also operate as a broadband frequency multiplier.

【0019】また、90度分配器、可変増幅器および同
相合成回路からなる回路は利得のあるベクトル合成の移
相器として動作するため、自由発振周波数を変えること
ができる。まず、図7を用いて動作原理について述べ
る。図7はある周波数における信号の電気的な振幅と位
相関係を極座標系で表したものであり、中心点からの大
きさが振幅を示し、円の回転角θが位相を示している
(1回転は360度)。90度分配器、可変増幅器およ
び同相合成回路の動作周波数におけるある1つの周波数
の信号がループ内に注入すると、まず90度分配器によ
り90度の位相差のある2つの信号として分配され、そ
れぞれ可変増幅器に入力される。そして、可変増幅器に
より増幅された2つの信号は再び同相合成回路によりベ
クトル合成され、電気的な位相θなる1つの信号として
ループに再入力し、ループの利得が1以上あれば自由発
振する。従って、2つの可変増幅器の利得を調整するこ
とにより、合成回路から出力される信号は図7の点Aか
ら点Bの同心円上で変化できるため発振周波数を大きく
変えることができる。即ち、点Bでの発振周波数をfOS
C とするならば、点Aでの発振周波数は4/3fOSC
なるので最大33%の帯域幅で発振周波数を変えること
が可能となる。fOSC の信号において点Bのベクトル成
分でループ内の位相回りが360度とすると、もう一つ
のベクトル成分は90度遅れた270度となっているた
め、A点のベクトル成分を用いて360度の位相回りが
得られる周波数は4/3fOSC (=fOSC ×360/2
70)となる。また、90度分配器および同相合成回路
の挿入損失が零である場合、可変増幅器に要求される利
得が増加することはない。
Further, the circuit including the 90-degree distributor, the variable amplifier and the in-phase synthesizing circuit operates as a phase shifter for vector synthesis with a gain, so that the free oscillation frequency can be changed. First, the operation principle will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the electrical amplitude and phase relationship of a signal at a certain frequency in a polar coordinate system. The magnitude from the center point indicates the amplitude, and the rotation angle θ of the circle indicates the phase (one rotation). Is 360 degrees). When a signal of one frequency at the operating frequency of the 90-degree divider, the variable amplifier, and the in-phase combining circuit is injected into the loop, first, the signal is distributed as two signals having a 90-degree phase difference by the 90-degree distributor, and each of the signals is varied. Input to the amplifier. The two signals amplified by the variable amplifier are vector-combined again by the in-phase combining circuit, re-input to the loop as one signal having an electric phase θ, and freely oscillate if the gain of the loop is 1 or more. Therefore, by adjusting the gains of the two variable amplifiers, the signal output from the combining circuit can be changed on the concentric circle from point A to point B in FIG. 7, so that the oscillation frequency can be largely changed. That is, the oscillation frequency at point B is set to f OS
If C , the oscillation frequency at point A is 4 / 3f OSC , so that the oscillation frequency can be changed with a maximum bandwidth of 33%. Assuming that the phase rotation in the loop is 360 degrees in the vector component of point B in the signal of f OSC , the other vector component is 270 degrees delayed by 90 degrees. frequencies of the phase rotation is obtained 4 / 3f OSC (= f OSC × 360/2
70). When the insertion loss of the 90-degree distributor and the in-phase combining circuit is zero, the gain required for the variable amplifier does not increase.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
る実施例について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】(第1の実施例)図1は本発明の注入同期
発振器の第1の実施例である。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the injection locked oscillator of the present invention.

【0022】図1において10は3端子サーキュレータ
であって、11は第1の端子、12は第2の端子、13
は第3の端子である。端子11より入力した信号は端子
12のみに伝達され、端子12より入力した信号は端子
13のみに伝達され、端子12から端子11、端子13
から端子11および端子12への信号の伝達はない。図
1中の矢印は該信号伝達の様子を示す。16は可変移相
器、17は可変移相器16を含む終端開放または短絡の
共振器である。共振器17は発振素子15と端子14で
接続されており、端子14から発振素子15をみた場
合、発振素子15は負性抵抗素子としてみえる。そし
て、発振素子15と共振器17からなる18は、端子1
4への共振器17からの反射する信号により自由発振周
波数が決定する発振器として動作する。サーキュレータ
10の端子11から注入信号を入力すると、発振器18
は注入信号に同期発振し、端子13を介して出力を得る
ことができる。また、可変移相器16の位相量によって
端子14へ戻ってくる信号の位相量が変わるため、自由
発振周波数を変えることができる。従って、図1に示す
注入同期発振器は、小さな注入信号入力に対しても広い
引込範囲を実現することができる。実施例では、3端子
サーキュレータを用いているが、これに限らず4端子あ
るいはそれ以上の多端子サーキュレータを用いてもよ
い。
In FIG. 1, 10 is a three-terminal circulator, 11 is a first terminal, 12 is a second terminal, 13
Is a third terminal. The signal input from the terminal 11 is transmitted only to the terminal 12, the signal input from the terminal 12 is transmitted only to the terminal 13,
No signal is transmitted from the terminal to the terminal 11 and the terminal 12. The arrows in FIG. 1 indicate the signal transmission. Reference numeral 16 denotes a variable phase shifter, and 17 denotes an open-ended or short-circuited resonator including the variable phase shifter 16. The resonator 17 is connected to the oscillation element 15 via the terminal 14. When the oscillation element 15 is viewed from the terminal 14, the oscillation element 15 appears as a negative resistance element. The terminal 18 including the oscillation element 15 and the resonator 17 is connected to the terminal 1.
4 operates as an oscillator whose free oscillation frequency is determined by a signal reflected from the resonator 17. When an injection signal is input from the terminal 11 of the circulator 10, the oscillator 18
Oscillates synchronously with the injection signal, and an output can be obtained via the terminal 13. Further, since the phase amount of the signal returning to the terminal 14 changes according to the phase amount of the variable phase shifter 16, the free oscillation frequency can be changed. Therefore, the injection-locked oscillator shown in FIG. 1 can realize a wide pull-in range even for a small injection signal input. In the embodiment, the three-terminal circulator is used. However, the present invention is not limited to this, and a four-terminal or more multi-terminal circulator may be used.

【0023】(第2の実施例)図2は本発明の注入同期
発振器の第2の実施例である。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows a second embodiment of the injection locked oscillator of the present invention.

【0024】図2において20は方向性結合器であり、
21は第1の端子、22は第2の端子、23は第3の端
子、24は第4の端子である。方向性結合器20におい
て、端子21あるいは端子23より入力した信号は端子
22と24に伝達され、端子21と端子23は電気的に
アイソレートされている。また、60は増幅器で、61
と62はそれぞれ入力端子、出力端子である。70は可
変移相器(または可変移相器と遅延線路の従属接続)で
あり、71と72はそれぞれ入力端子、出力端子であ
る。増幅器60の入力端子61は方向性結合器20の端
子22に接続され、増幅器60の出力端子62は可変移
相器70の入力端子71に接続され、可変移相器70の
出力端子72は方向性結合器20の端子23に接続され
ている。ここで、方向性結合器20の端子23と端子2
2は増幅器60から見て結合端子であり、増幅器60の
入出力間に帰還回路を形成し、22−61−62−71
−72−23−22のループの位相回りが2πの整数倍
で1以上の利得を有するとき自由発振を生じる。この発
振器に端子21を介して注入信号が入力されると、発振
周波数が注入信号に同期し、発振出力は端子24から取
り出される。また、可変移相器70の位相量によって自
由発振周波数を変えることができるため、小さな注入信
号入力に対しても広い引込範囲を実現することができ
る。
In FIG. 2, reference numeral 20 denotes a directional coupler.
21 is a first terminal, 22 is a second terminal, 23 is a third terminal, and 24 is a fourth terminal. In the directional coupler 20, the signal input from the terminal 21 or the terminal 23 is transmitted to the terminals 22 and 24, and the terminal 21 and the terminal 23 are electrically isolated. 60 is an amplifier, 61
And 62 are an input terminal and an output terminal, respectively. 70 is a variable phase shifter (or a cascade connection between the variable phase shifter and the delay line), and 71 and 72 are an input terminal and an output terminal, respectively. The input terminal 61 of the amplifier 60 is connected to the terminal 22 of the directional coupler 20, the output terminal 62 of the amplifier 60 is connected to the input terminal 71 of the variable phase shifter 70, and the output terminal 72 of the variable phase shifter 70 is It is connected to the terminal 23 of the sex coupler 20. Here, the terminals 23 and 2 of the directional coupler 20 are connected.
Reference numeral 2 denotes a coupling terminal as viewed from the amplifier 60, and forms a feedback circuit between the input and output of the amplifier 60 to form a feedback circuit 22-61-62-71.
Free oscillation occurs when the phase around the -72-23-22 loop is an integral multiple of 2π and has a gain of 1 or more. When an injection signal is input to this oscillator via the terminal 21, the oscillation frequency is synchronized with the injection signal, and the oscillation output is taken out from the terminal 24. Further, since the free oscillation frequency can be changed depending on the phase amount of the variable phase shifter 70, a wide pull-in range can be realized even for a small input signal input.

【0025】(第3の実施例)図3は本発明の注入同期
発振器の第3の実施例である。
(Third Embodiment) FIG. 3 shows a third embodiment of the injection locked oscillator of the present invention.

【0026】図3において20は方向性結合器であり、
21は第1の端子、22は第2の端子、23は第3の端
子、24は第4の端子である。方向性結合器20におい
て、端子21あるいは端子23より入力した信号は端子
22と24に伝達され、端子21と端子23は電気的に
アイソレートされている。また、80は90度分配器で
あり、80aは90度分配器80の入力端子、80bお
よび80cは出力端子であり、端子80bと80cは電
気的にアイソレートされている。また、90、91は可
変増幅器であり、90aと91aは入力端子、90bと
91bは出力端子である。さらに、85は同相合成回路
であり、85aおよび85bは同相合成回路85の入力
端子、80cは出力端子であり、端子85aと85bは
電気的にアイソレートされている。90度分配器80の
入力端子80aは方向性結合器20の端子22に接続さ
れ、90度分配器80の出力端子80b(80c)は可
変増幅器90(91)の入力端子90a(91a)に接
続され、可変増幅器90(91)の出力端子90b(9
1b)は同相合成回路85の入力端子85a(85b)
に接続され、同相合成回路85の出力端子85cは方向
性結合器20の端子23に接続されている。ここで、方
向性結合器20の端子23と端子22は可変増幅器90
(91)から見て結合端子であり、増幅器90(91)
の入出力間に帰還回路を形成し、22−80−90(9
1)−85−23−22のループの位相回りが2πの整
数倍で1以上の利得を有するとき自由発振を生じる。こ
の発振器に端子21を介して注入信号が入力されると、
発振周波数が注入信号に同期し、発振出力は端子24か
ら取り出される。
In FIG. 3, reference numeral 20 denotes a directional coupler.
21 is a first terminal, 22 is a second terminal, 23 is a third terminal, and 24 is a fourth terminal. In the directional coupler 20, the signal input from the terminal 21 or the terminal 23 is transmitted to the terminals 22 and 24, and the terminal 21 and the terminal 23 are electrically isolated. Reference numeral 80 denotes a 90-degree distributor, 80a denotes an input terminal of the 90-degree distributor 80, 80b and 80c denote output terminals, and the terminals 80b and 80c are electrically isolated. 90 and 91 are variable amplifiers, 90a and 91a are input terminals, and 90b and 91b are output terminals. Further, reference numeral 85 denotes an in-phase synthesizing circuit, 85a and 85b denote input terminals of the in-phase synthesizing circuit 85, 80c denotes an output terminal, and the terminals 85a and 85b are electrically isolated. The input terminal 80a of the 90-degree distributor 80 is connected to the terminal 22 of the directional coupler 20, and the output terminal 80b (80c) of the 90-degree distributor 80 is connected to the input terminal 90a (91a) of the variable amplifier 90 (91). The output terminal 90b (9) of the variable amplifier 90 (91)
1b) is an input terminal 85a (85b) of the in-phase synthesis circuit 85
The output terminal 85 c of the in-phase combining circuit 85 is connected to the terminal 23 of the directional coupler 20. Here, the terminals 23 and 22 of the directional coupler 20 are connected to the variable amplifier 90.
It is a coupling terminal viewed from (91), and is an amplifier 90 (91)
A feedback circuit is formed between the input and output of 22-80-90 (9
1) Free oscillation occurs when the phase around the -85-23-22 loop is an integral multiple of 2π and has a gain of 1 or more. When an injection signal is input to this oscillator via a terminal 21,
The oscillation frequency is synchronized with the injection signal, and the oscillation output is taken out from the terminal 24.

【0027】以上の第3の実施例では、90度分配器8
0、可変増幅器90(91)および同相合成回路85か
らなる回路が利得のあるベクトル合成の移相器として動
作し、自由発振周波数を最大33%の帯域で変えること
ができるため、低レベルの注入信号に対しても広い引込
範囲を実現することができる。90度分配器、可変増幅
器および同相合成回路によるベクトル合成を用いて発振
周波数を変化させる方法は、ループ内に可変移相器を挿
入する方法に比べて、広い周波数可変を有する注入同期
発振器を実現することに適している。即ち、位相量を3
60度変えられる無限移相器は現在挿入損失が10dB
以上あり(例えば、1994年電子情報通信学会秋季大
会C−71)、自由発振動作を得るためには、さらに1
0dB以上の利得が増幅器に要求されるため注入同期発
振器を実現することが困難となる。また、バイアス制御
によるアクティブデバイスの容量可変を用いた移相器で
は、可変幅に比例して挿入損失が増大するため、現実的
には10%程度の帯域しか得られない。一方、90度分
配器となるハイブリッドおよび同相分配器となるウィル
キンソンディバイダは20GHz帯でも1dB程度のも
のが存在しているため(例えば、IEEE Tran
s.Microwave Theory and Te
chniques,vol.43,no.6,pp.1
270−1275,June 1995)、増幅器に対
する過大な利得が要求されない。
In the third embodiment, the 90-degree distributor 8
0, a circuit composed of the variable amplifier 90 (91) and the in-phase synthesizing circuit 85 operates as a phase shifter for vector synthesis with a gain, and can change the free oscillation frequency in a band of up to 33%. A wide pull-in range can be realized even for signals. The method of changing the oscillation frequency using the vector synthesis by the 90-degree distributor, the variable amplifier, and the in-phase synthesis circuit realizes an injection-locked oscillator having a wider frequency variable than the method of inserting a variable phase shifter in a loop. Suitable for you. That is, when the phase amount is 3
An infinite phase shifter that can be changed by 60 degrees now has an insertion loss of 10 dB
As described above (for example, the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Autumn Meeting C-71, 1994), one additional operation is required to obtain the free oscillation operation.
Since an amplifier requires a gain of 0 dB or more, it is difficult to realize an injection locked oscillator. Further, in the phase shifter using the variable capacitance of the active device by the bias control, the insertion loss increases in proportion to the variable width, so that only a band of about 10% can be actually obtained. On the other hand, a hybrid that is a 90-degree divider and a Wilkinson divider that is an in-phase divider include those having about 1 dB even in the 20 GHz band (for example, IEEE Tran).
s. Microwave Theory and Te
chniques, vol. 43, no. 6, pp. 1
270-1275, June 1995), no excessive gain for the amplifier is required.

【0028】(第4の実施例)図4は本発明の注入同期
発振器の第4の実施例である。図4において図2と同一
のものについては同一の符号を付している。
(Fourth Embodiment) FIG. 4 shows a fourth embodiment of the injection locked oscillator of the present invention. 4, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.

【0029】30は非可逆4端子回路であって、31は
第1の入力端子、33は第2の入力端子、32は第1の
出力端子、34は第2の出力端子である。端子31より
入力した信号は端子32および34にのみ分配され、端
子33より入力した信号は端子32および34のみに分
配され、端子31−33間および端子32−34間には
信号の伝達はない(アイソレートされている)。図中の
矢印は該信号伝達の様子を示す。60は増幅器で、61
と62はそれぞれ入力端子、出力端子である。70は可
変移相器(または可変移相器と遅延線路の従属接続)で
あり、71と72はそれぞれ入力端子、出力端子であ
る。増幅器60の入力端子61は4端子回路30の端子
32に接続され、増幅器60の出力端子62は可変移相
器70の入力端子71に接続され、可変移相器70の出
力端子72は4端子回路30の端子33に接続されてい
る。ここで、4端子回路30の端子33と端子32は増
幅器60から見て結合端子であり、増幅器60の入出力
間に帰還回路を形成し、32−61−62−71−72
−33−32のループの位相回りが2πの整数倍で1以
上の利得を有するとき自由発振を生じる。
Reference numeral 30 denotes a nonreciprocal four-terminal circuit, 31 is a first input terminal, 33 is a second input terminal, 32 is a first output terminal, and 34 is a second output terminal. The signal input from terminal 31 is distributed only to terminals 32 and 34, the signal input from terminal 33 is distributed only to terminals 32 and 34, and no signal is transmitted between terminals 31-33 and between terminals 32-34. (Isolated). Arrows in the figure show the state of the signal transmission. 60 is an amplifier, 61
And 62 are an input terminal and an output terminal, respectively. 70 is a variable phase shifter (or a cascade connection between the variable phase shifter and the delay line), and 71 and 72 are an input terminal and an output terminal, respectively. The input terminal 61 of the amplifier 60 is connected to the terminal 32 of the four-terminal circuit 30, the output terminal 62 of the amplifier 60 is connected to the input terminal 71 of the variable phase shifter 70, and the output terminal 72 of the variable phase shifter 70 has four terminals. It is connected to the terminal 33 of the circuit 30. Here, the terminal 33 and the terminal 32 of the four-terminal circuit 30 are coupling terminals as viewed from the amplifier 60, and form a feedback circuit between the input and output of the amplifier 60, thereby forming a 32-61-62-71-72.
Free oscillation occurs when the phase around the loop -33-32 is an integral multiple of 2π and has a gain of 1 or more.

【0030】4端子回路30の端子31より高安定・低
位相雑音の信号を入力するとその一部が端子32を介し
て増幅器60に入力され、発振中の増幅器の非線形性に
よって高調波が生じる。この高調波が上記自由発振周波
数付近の場合には、該発振周波数と高調波とにうねりが
生じ、これが零になるように状態が変化して注入信号に
同期した発振状態になる。発振出力は端子33を介して
端子34に出力され、4端子回路30の非可逆性により
信号入力端子31には現れない。従って、端子31が不
整合の状態であったとしても発振出力の一部が端子31
で反射されて該発振ループに再注入されることはない。
また同様に、端子34での反射波は他のどの端子にも現
れないので再注入されない。つまり、外部回路の影響を
受けにくい構成である。
When a signal of high stability and low phase noise is input from the terminal 31 of the four-terminal circuit 30, a part of the signal is input to the amplifier 60 via the terminal 32, and a harmonic is generated due to the nonlinearity of the oscillating amplifier. When the harmonic is near the above-mentioned free oscillation frequency, the oscillation frequency and the harmonic wave undulate, and the state changes so that this becomes zero, and the oscillation state is synchronized with the injection signal. The oscillation output is output to the terminal 34 via the terminal 33, and does not appear at the signal input terminal 31 due to the irreversibility of the four-terminal circuit 30. Therefore, even if the terminal 31 is in a mismatched state, part of the oscillation output
And is not re-injected into the oscillation loop.
Similarly, the reflected wave at terminal 34 does not appear at any of the other terminals and is not re-injected. That is, the configuration is hardly affected by the external circuit.

【0031】また、可変移相器の位相量を変化させ、自
由発振周波数を変えれば、自由発振周波数の変化量Δf
0 に応じて同期する範囲が広がる。すなわち、サブハー
モニック係数1/nが1/2以下のサブハーモニックを
注入した場合の周波数引込範囲Δfn は、
Also, by changing the phase amount of the variable phase shifter to change the free oscillation frequency, the change amount of the free oscillation frequency Δf
The range of synchronization increases according to 0 . That is, the frequency pull-in range Δf n when a subharmonic with a subharmonic coefficient 1 / n of 以下 or less is injected is

【数5】 となる。自由発振周波数の変化量Δf0 を十分取れば、
任意のサブハーモニック係数1/nにおいて広い周波数
引込範囲が実現できる。
(Equation 5) Becomes If the free oscillation frequency change amount Δf 0 is sufficiently obtained,
A wide frequency pull-in range can be realized at an arbitrary subharmonic coefficient 1 / n.

【0032】(第5の実施例)図5は本発明の注入同期
発振器の第5の実施例である。図5において図3と同一
のものについては同一の符号を付している。
(Fifth Embodiment) FIG. 5 shows a fifth embodiment of the injection locked oscillator of the present invention. 5, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.

【0033】30は非可逆4端子回路であって、31は
第1の入力端子、33は第2の入力端子、32は第1の
出力端子、34は第2の出力端子である。端子31より
入力した信号は端子32および34にのみ分配され、端
子33より入力した信号は端子32および34のみに分
配され、端子31−33間および端子32−34間には
信号の伝達はない(アイソレートされている)。図中の
矢印は該信号伝達の様子を示す。また、80は90度分
配器であり、80aは90度分配器80の入力端子、8
0bおよび80cは出力端子であり、端子80bと80
cは電気的にアイソレートされている。また、90、9
1は可変増幅器であり、90aと91aは入力端子、9
0bと91bは出力端子である。さらに、85は同相合
成回路であり、85aおよび85bは同相合成回路85
の入力端子、85cは出力端子であり、端子85aと8
5bは電気的にアイソレートされている。90度分配器
80の入力端子80aは4端子回路30の端子32に接
続され、90度分配器80の出力端子80b(80c)
は可変増幅器90(91)の入力端子90a(91a)
に接続され、可変増幅器90(91)の出力端子90b
(91b)は同相合成回路85の入力端子85a(85
b)に接続され、同相合成回路85の出力端子85cは
4端子回路30の端子33に接続されている。ここで、
4端子回路30の端子33と端子32は可変増幅器90
(91)から見て結合端子であり、増幅器90(91)
の入出力間に帰還回路を形成し、32−80−90(9
1)−85−33−32のループの位相回りが2πの整
数倍で1以上の利得を有するとき自由発振を生じる。こ
の発振器に端子31を介して注入信号が入力されると、
発振周波数が注入信号に同期し、発振出力は端子34か
ら取り出される。
Reference numeral 30 denotes a non-reciprocal four-terminal circuit, 31 is a first input terminal, 33 is a second input terminal, 32 is a first output terminal, and 34 is a second output terminal. The signal input from terminal 31 is distributed only to terminals 32 and 34, the signal input from terminal 33 is distributed only to terminals 32 and 34, and no signal is transmitted between terminals 31-33 and between terminals 32-34. (Isolated). Arrows in the figure show the state of the signal transmission. Reference numeral 80 denotes a 90-degree distributor; 80a, an input terminal of the 90-degree distributor 80;
0b and 80c are output terminals, and terminals 80b and 80c
c is electrically isolated. Also, 90, 9
1 is a variable amplifier, 90a and 91a are input terminals, 9
0b and 91b are output terminals. Further, 85 is an in-phase synthesis circuit, and 85a and 85b are in-phase synthesis circuits 85.
Are input terminals, and 85c is an output terminal.
5b is electrically isolated. The input terminal 80a of the 90-degree distributor 80 is connected to the terminal 32 of the four-terminal circuit 30, and the output terminal 80b (80c) of the 90-degree distributor 80.
Is the input terminal 90a (91a) of the variable amplifier 90 (91)
And an output terminal 90b of the variable amplifier 90 (91).
(91b) is an input terminal 85a (85
b), and the output terminal 85 c of the in-phase combining circuit 85 is connected to the terminal 33 of the four-terminal circuit 30. here,
The terminals 33 and 32 of the four-terminal circuit 30 are connected to a variable amplifier 90
It is a coupling terminal viewed from (91), and is an amplifier 90 (91)
A feedback circuit is formed between the input and output of
1) Free oscillation occurs when the phase around the -85-33-32 loop is an integral multiple of 2π and has a gain of 1 or more. When an injection signal is input to this oscillator via the terminal 31,
The oscillation frequency is synchronized with the injection signal, and the oscillation output is taken out from the terminal 34.

【0034】以上の第5の実施例によれば、本発明の第
3の実施例と同様の効果に加えて、サブハーモニック係
数nの大きなサブハーモニックに対しても最大33%の
帯域で周波数同期範囲を広げることができる。
According to the fifth embodiment described above, in addition to the same effects as the third embodiment of the present invention, frequency synchronization can be performed even in a sub-harmonic having a large sub-harmonic coefficient n in a band of up to 33%. The range can be expanded.

【0035】(第6の実施例)図6は本発明の注入同期
発振器の第6の実施例である。
(Sixth Embodiment) FIG. 6 shows a sixth embodiment of the injection locked oscillator of the present invention.

【0036】図6において、41、42、51および5
2はそれぞれゲート接地FET、40および50はゲー
ト接地FET2つを図6内のように組み合わせた同相分
配回路である。また、図6において図4と同一のものに
ついては同一の符号を付している。ここで、トランジス
タとして電界効果トランジスタを用いているので、Sは
ソース、Dはドレイン、Gはゲートを表す。
In FIG. 6, 41, 42, 51 and 5
Reference numeral 2 denotes a common-gate FET, and reference numerals 40 and 50 denote common-mode distribution circuits in which two common-gate FETs are combined as shown in FIG. 6, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. Here, since a field effect transistor is used as the transistor, S represents a source, D represents a drain, and G represents a gate.

【0037】4端子回路30では端子44(54)およ
び端子45(55)に出力した信号はそれぞれ端子34
(32)、端子32(34)に伝達され、端子34(3
2)から端子31(33)、32(34)、33(3
1)への伝達は該分配回路の非可逆性により阻止され
る。また、各分配1回路の出力端子インピーダンスは非
常に高いから端子32および端子34には分配回路で分
配される信号がそのまま伝達する。従って、図6中の4
端子回路30に設定した信号経路が任意の周波数で(広
帯域に)成立する。この非可逆4端子回路30、増幅器
60および可変移相器70を図6のように組み合わせる
ことにより、n=1の基本波およびn=2、3、4・・
・のサブハーモニックに対して同期する注入同期発振器
を実現できる。また、可変移相器により位相量を変える
ことによりループ32−61−62−71−72−33
−32で自由発振する周波数を変えることができる。自
由発振周波数の変化は、すべての注入信号に対する周波
数引込範囲の広帯域化につながるため、従来の注入同期
発振器では困難であったサブハーモニック係数nの大き
なサブハーモニックに対しても広い周波数同期範囲を有
する注入同期発振器を実現できる。
In the four-terminal circuit 30, the signals output to the terminals 44 (54) and 45 (55)
(32), transmitted to terminal 32 (34), and transferred to terminal 34 (3
2) to terminals 31 (33), 32 (34), 33 (3
Transmission to 1) is blocked by the irreversibility of the distribution circuit. Further, since the output terminal impedance of each distribution circuit is very high, the signals distributed by the distribution circuit are transmitted to the terminals 32 and 34 as they are. Therefore, 4 in FIG.
A signal path set in the terminal circuit 30 is established at an arbitrary frequency (in a wide band). By combining the irreversible four-terminal circuit 30, the amplifier 60 and the variable phase shifter 70 as shown in FIG. 6, the fundamental wave of n = 1 and n = 2, 3, 4,.
・ Injection-locked oscillator synchronized with the sub-harmonic can be realized. Further, by changing the amount of phase by a variable phase shifter, a loop 32-61-62-71-72-33 is formed.
The frequency of free oscillation can be changed at -32. Since the change in the free oscillation frequency leads to a wider frequency pull-in range for all the injection signals, it has a wide frequency synchronization range even for a sub-harmonic having a large sub-harmonic coefficient n, which is difficult with a conventional injection-locked oscillator. An injection locked oscillator can be realized.

【0038】(他の実施例)第4から第6の実施例にお
いて、電界効果トランジスタの代わりにバイポーラトラ
ンジスタを用いてもよい。また、実施例ではゲート接地
FETを用いているが、これに限らず他の接地形式(ド
レイン接地またはソース接地)を用いてもよい。ソース
接地の場合には分配回路40および50が利得を有する
ので、増幅器60の利得は必ずしも1以上である必要は
ない。
(Other Embodiments) In the fourth to sixth embodiments, a bipolar transistor may be used instead of a field effect transistor. In the embodiment, the common-gate FET is used. However, the present invention is not limited to this, and another common-type (common-drain or common-source) may be used. Since the distribution circuits 40 and 50 have a gain in the case of the common source, the gain of the amplifier 60 does not necessarily need to be 1 or more.

【0039】また、第3および第5の実施例において、
発振ループ内に90度分配器、可変増幅器および同相合
成回路を順に挿入したが、同相分配器、可変増幅器およ
び90度合成回路であっても利得のあるベクトル合成の
移相器として動作するため、同様の効果を得る。
In the third and fifth embodiments,
A 90-degree divider, a variable amplifier, and an in-phase combining circuit are sequentially inserted in the oscillation loop. However, even the in-phase distributor, the variable amplifier, and the 90-degree combining circuit operate as a phase shifter for vector combining with gain. A similar effect is obtained.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上記述したように本発明によれば、3
つの端子を有するサーキュレータの一端子に、該サーキ
ュレータの動作周波数帯域内の一部帯域で動作する発振
素子と可変移相器を接続し、かつ他の端子を注入信号の
入力端子、他の端子を発振出力端子としたので、また、
方向性結合器と、該方向性結合器の動作周波数帯域内の
一部帯域で動作する増幅器と可変移相器を具備し、かつ
該方向性結合器の1つの端子を注入信号の入力端子と
し、かつ該端子の通過端子とアイソレーション端子間に
該増幅器と該可変移相器を接続し、かつ他の通過端子を
発振出力端子としたので、また、2つの入力端子と2つ
の出力端子とを有し、該入力端子と該2つの出力端子間
の信号伝達が非可逆的で、かつ該入力信号端子間及び該
出力端子間が電気的にアイソレートされた非可逆4端子
回路を具備し、該4端子回路の動作周波数帯域内の一部
帯域で動作する増幅器と可変移相器を具備し、該4端子
回路の1つの出力端子と1つの入力端子との間に該増幅
器と該可変移相器を接続し、他の入力端子を注入信号の
入力端子、他の出力端子を発振出力端子としたので注入
同期発振器を構成することができる。
As described above, according to the present invention, 3
One terminal of a circulator having two terminals is connected to an oscillating element and a variable phase shifter that operate in a part of the operating frequency band of the circulator, and the other terminal is an input signal input terminal, and the other terminal is Because it is an oscillation output terminal,
A directional coupler, an amplifier operating in a part of an operating frequency band of the directional coupler, and a variable phase shifter, and one terminal of the directional coupler is used as an input terminal of an injection signal. And the amplifier and the variable phase shifter are connected between the passing terminal and the isolation terminal of the terminal, and the other passing terminal is used as an oscillation output terminal, so that two input terminals and two output terminals A non-reciprocal four-terminal circuit in which signal transmission between the input terminal and the two output terminals is irreversible, and the input signal terminal and the output terminal are electrically isolated. An amplifier operating in a part of the operating frequency band of the four-terminal circuit, and a variable phase shifter, wherein the amplifier and the variable phase shifter are connected between one output terminal and one input terminal of the four-terminal circuit. Connect a phase shifter, connect the other input terminal to the injection signal input terminal and the other output It is possible to configure the injection-locked oscillator since the child an oscillation output terminal.

【0041】本発明の注入同期発振器は、可変移相器に
より自由発振周波数を変えることができるので、小さな
注入信号レベルの入力の場合でも、従来に比較して広い
周波数引込範囲を実現できる。また、大きなサブハーモ
ニック係数のサブハーモニック注入信号に対しても広い
引込範囲を実現できる。
In the injection-locked oscillator according to the present invention, the free oscillation frequency can be changed by the variable phase shifter, so that a wider frequency pull-in range can be realized even in the case of a small input signal level input. Further, a wide pull-in range can be realized even for a subharmonic injection signal having a large subharmonic coefficient.

【0042】また、非可逆4端子回路はトランジスタ主
体で構成できるので、IC化して非常に小さく実現でき
る。また、トランジスタの非可逆性により自由発振を行
なう部分と注入信号入力端子と発振信号出力端子とがお
互いに分離できるので、外部に接続される回路や負荷の
影響を受けにくくすることができる。また、トランジス
タの広帯域性によって非常に広い周波数範囲の注入信号
に対して同期できるので、サブハーモニック係数nを自
由に選択することができる。従って、市販のシンセサイ
ザ等と組み合わせて、逓倍器を用いずに非常に簡易で経
済的なマイクロ波帯およびミリ波帯局部発振器・シンセ
サイザを構成することができる。
Further, since the nonreciprocal four-terminal circuit can be constituted mainly by transistors, it can be realized as an IC and very small. In addition, since the portion that performs free oscillation, the injection signal input terminal, and the oscillation signal output terminal can be separated from each other due to the irreversibility of the transistor, it is possible to reduce the influence of a circuit or load connected to the outside. In addition, the sub-harmonic coefficient n can be freely selected because synchronization with an injection signal in a very wide frequency range can be achieved by the wide band characteristics of the transistor. Therefore, in combination with a commercially available synthesizer or the like, a very simple and economical microwave and millimeter wave band local oscillator / synthesizer can be configured without using a multiplier.

【0043】また、ループ内に利得のあるベクトル合成
の移相器として動作する90度分配器、可変増幅器およ
び同相合成回路を挿入することにより、自由発振周波数
を最大33%の帯域で変えることができるため、注入信
号が低いレベルである場合でも、また高次のサブハーモ
ニックである場合でも従来に比較して広い引込範囲を実
現することができる。ベクトル合成による発振周波数を
変える方法は増幅器に対する過大な利得が必要でないた
め、広い周波数引込範囲を有する注入同期発振器を容易
に実現できる。
Also, by inserting a 90-degree distributor, a variable amplifier, and an in-phase synthesis circuit operating as a phase shifter for vector synthesis with a gain in the loop, the free oscillation frequency can be changed in a maximum 33% band. Therefore, even if the injection signal is at a low level or is a higher-order subharmonic, a wider pull-in range can be realized as compared with the related art. Since the method of changing the oscillation frequency by the vector synthesis does not require an excessive gain for the amplifier, an injection locked oscillator having a wide frequency pull-in range can be easily realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例である注入同期発振器の
回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of an injection locked oscillator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例である注入同期発振器の
回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram of an injection locked oscillator according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例である注入同期発振器の
回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of an injection locked oscillator according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例である注入同期発振器の
回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of an injection locked oscillator according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施例である注入同期発振器の
回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram of an injection locked oscillator according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施例である注入同期発振器の
回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram of an injection locked oscillator according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】90度分配器、可変増幅器および同相合成回路
からなるベクトル合成の移相器の動作原理図である。
FIG. 7 is an operation principle diagram of a vector combining phase shifter including a 90-degree distributor, a variable amplifier, and an in-phase combining circuit.

【図8】サーキュレータを用いた従来の注入同期発振器
の回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional injection locked oscillator using a circulator.

【図9】方向性結合器を用いた従来の注入同期発振器の
回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram of a conventional injection-locked oscillator using a directional coupler.

【図10】非可逆4端子回路を用いた従来の注入同期発
振器の回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram of a conventional injection-locked oscillator using a non-reciprocal four-terminal circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 3端子サーキュレータ 11、12、13、14 端子 15 発振素子 16 可変移相器 17 共振器 18 発振器 20 方向性結合器 21、22、23、24 端子 30 非可逆4端子回路 31、32、33、34 端子 40、50 ゲート接地FET分配回路 41、42、51、52 ゲート接地FET 43、44、45、53、54、55 端子 60 増幅器 70 可変移相器 61、62、71、72 端子 80 90度分配回路 80a、80b、80c 端子 85 方向性結合器 85a、85b、85c 端子 90、91 可変増幅器 90a、90b、91a、91b 端子 100 サーキュレータ 101、102、103 端子 104 発振回路 110 方向性結合器 111、112、113、114 端子 115 増幅器 120 非可逆4端子回路 121、122、123、124 端子 125 増幅器 S ソース D ドレイン G ゲート 10 Three-terminal circulator 11, 12, 13, 14 terminal 15 Oscillator 16 Variable phase shifter 17 Resonator 18 Oscillator 20 Directional coupler 21, 22, 23, 24 terminal 30 Non-reciprocal four-terminal circuit 31, 32, 33, 34 terminal 40, 50 Common gate FET distribution circuit 41, 42, 51, 52 Common gate FET 43, 44, 45, 53, 54, 55 Terminal 60 Amplifier 70 Variable phase shifter 61, 62, 71, 72 Terminal 80 90 degrees Distribution circuit 80a, 80b, 80c Terminal 85 Directional coupler 85a, 85b, 85c Terminal 90, 91 Variable amplifier 90a, 90b, 91a, 91b Terminal 100 Circulator 101, 102, 103 Terminal 104 Oscillation circuit 110 Directional coupler 111, 112, 113, 114 terminal 115 amplifier 120 non-reciprocal 4 terminal times 121-124 terminal 125 amplifier S source D drain G gates

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03L 7/24 H03F 1/00 - 7/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03L 7/24 H03F 1/00-7/06

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1、第2および第3の端子を有し、第
1の端子から第2の端子および第2の端子から第3の端
子への信号伝達が非可逆なサーキュレータと、前記第2
の端子に前記サーキュレータの動作周波数帯域の少なく
とも一部の帯域で動作する発振素子と可変移相器を含む
先端開放または短絡の共振器とからなる発振器が接続さ
れ、前記第1の端子から注入信号を入力し、第3の端子
から発振出力を得ることを特徴とする注入同期発振器。
A circulator having first, second, and third terminals, wherein signal transmission from the first terminal to the second terminal and from the second terminal to the third terminal is irreversible; Second
Is connected to an oscillator composed of an oscillating element operating in at least a part of the operating frequency band of the circulator and an open-ended or short-circuited resonator including a variable phase shifter, and an injection signal from the first terminal. And an oscillation output is obtained from a third terminal.
【請求項2】 第1、第2、第3および第4の端子を有
し、第1の端子と第3の端子間および第2の端子と第4
の端子間が電気的にアイソレートされた方向性結合器
と、前記第2の端子と前記第3の端子間に前記方向性結
合器の動作周波数帯域の少なくとも一部の帯域で動作す
る増幅器と可変移相器を有し、前記第1の端子に注入信
号を入力し、前記第4の端子から発振出力を得ることを
特徴とする注入同期発振器。
2. A semiconductor device comprising: a first terminal; a second terminal; a third terminal; and a fourth terminal.
A directional coupler in which the terminals of the directional coupler are electrically isolated, and an amplifier that operates between the second terminal and the third terminal in at least a part of an operating frequency band of the directional coupler. An injection-locked oscillator having a variable phase shifter, wherein an injection signal is input to the first terminal and an oscillation output is obtained from the fourth terminal.
【請求項3】 第1、第2、第3および第4の端子を有
し、第1の端子と第3の端子間および第2の端子と第4
の端子間が電気的にアイソレートされた方向性結合器
と、前記第2の端子と前記第3の端子間に前記方向性結
合器の動作周波数帯域の少なくとも一部の帯域で動作す
る90度分配器と、該分配器の各出力に接続される2つ
の可変増幅器と、該可変増幅器の出力に接続される同相
合成回路を有し、前記第1の端子に注入信号を入力し、
前記第4の端子から発振出力を得ることを特徴とする注
入同期発振器。
3. A semiconductor device comprising: a first terminal; a second terminal; a third terminal; and a fourth terminal.
And a directional coupler electrically isolated between the terminals of the directional coupler, and a 90-degree coupler operating between at least a part of an operating frequency band of the directional coupler between the second terminal and the third terminal. A splitter, two variable amplifiers connected to respective outputs of the splitter, and an in-phase synthesis circuit connected to the output of the variable amplifier; inputting an injection signal to the first terminal;
An injection locked oscillator, wherein an oscillation output is obtained from the fourth terminal.
【請求項4】 第1および第2の入力端子と第1および
第2の出力端子を有し、第1の入力端子から第1の出力
端子および第2の出力端子への信号伝達が非可逆であ
り、第2の入力端子から第1の出力端子および第2の出
力端子への信号伝達が非可逆であり、第1の入力端子と
第2の入力端子間および第1の出力端子と第2の出力端
子間が電気的にアイソレートされた非可逆4端子回路
と、前記第1の出力端子と前記第2の入力端子間に前記
4端子回路の動作周波数帯域の少なくとも一部の帯域で
動作する増幅器と可変移相器を有し、前記第1の入力端
子に注入信号を入力し、前記第2の出力端子から発振出
力を得ることを特徴とする注入同期発振器。
4. A semiconductor device having first and second input terminals and first and second output terminals, wherein signal transmission from the first input terminal to the first output terminal and the second output terminal is irreversible. And the signal transmission from the second input terminal to the first output terminal and the second output terminal is irreversible, and between the first input terminal and the second input terminal and between the first output terminal and the first output terminal. A nonreciprocal four-terminal circuit in which the two output terminals are electrically isolated, and at least a part of the operating frequency band of the four-terminal circuit between the first output terminal and the second input terminal. An injection locked oscillator comprising an operating amplifier and a variable phase shifter, wherein an injection signal is input to the first input terminal and an oscillation output is obtained from the second output terminal.
【請求項5】 第1および第2の入力端子と第1および
第2の出力端子を有し、第1の入力端子から第1の出力
端子および第2の出力端子への信号伝達が非可逆であ
り、第2の入力端子から第1の出力端子および第2の出
力端子への信号伝達が非可逆であり、第1の入力端子と
第2の入力端子間および第1の出力端子と第2の出力端
子間が電気的にアイソレートされた非可逆4端子回路
と、前記第1の出力端子と前記第2の入力端子間に前記
4端子回路の動作周波数帯域の少なくとも一部の帯域で
動作する90度分配器と、該分配器の各出力に接続され
る可変増幅器と、該可変増幅器の出力に接続される同相
合成回路を有し、前記第1の入力端子に注入信号を入力
し、前記第2の出力端子から発振出力を得ることを特徴
とする注入同期発振器。
5. A semiconductor device having first and second input terminals and first and second output terminals, wherein signal transmission from the first input terminal to the first output terminal and the second output terminal is irreversible. And the signal transmission from the second input terminal to the first output terminal and the second output terminal is irreversible, and between the first input terminal and the second input terminal and between the first output terminal and the first output terminal. A nonreciprocal four-terminal circuit in which the two output terminals are electrically isolated, and at least a part of the operating frequency band of the four-terminal circuit between the first output terminal and the second input terminal. A 90-degree divider that operates, a variable amplifier connected to each output of the divider, and an in-phase synthesis circuit connected to the output of the variable amplifier. An injection signal is input to the first input terminal. Wherein an oscillation output is obtained from the second output terminal.
【請求項6】 前記非可逆4端子回路が4個のゲート接
地FETを有し、第1のゲート接地FETのソースと第
2のゲート接地FETのソースとを前記第1の入力端子
に接続し、第3のゲート接地FETのソースと第4のゲ
ート接地FETのソースを前記第2の入力端子に接続
し、第1のゲート接地FETのドレインと第3のゲート
接地FETのドレインとを前記第1の出力端子に接続
し、第2のゲート接地FETのドレインと第4のゲート
接地FETのドレインとを前記第2の出力端子に接続し
たことを特徴とする請求項4又は5記載の注入同期発振
器。
6. The non-reciprocal four-terminal circuit has four common-gate FETs, and connects a source of a first common-gate FET and a source of a second common-gate FET to the first input terminal. Connecting the source of the third common-gate FET and the source of the fourth common-gate FET to the second input terminal, and connecting the drain of the first common-gate FET and the drain of the third common-gate FET to the second input terminal. 6. The injection locking device according to claim 4, wherein the first output terminal is connected to the first output terminal, and the drain of the second common-gate FET and the drain of the fourth common-gate FET are connected to the second output terminal. Oscillator.
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